تئوری آنتن های ماهوره ایدانیال خسروی:تهیه کننده

تشعشع وانتشارموج•

مبانی آنتن•

آنتن های کاربردی در مخابرات ماهوارهای•

اصول تشعشع در امواج الکترو مغناطیسی•

انتشار امواج•

امواج زمینی •

امواج آسمانی•

امواج فضایی•

(خارج از زمین)مخابرات سماوی •

تابش الکترومغناطیسی

درفضا تئوری موجی، نوعی موج است کهبراساس تابش الکترومغناطیسی یا انرژی الکترومغناطیسی ها در حال انتشار بر میدان این. میدان های الکتریکی و مغناطیسی ساخته شده استواز انتشار می یابد

نور می گویند، ولی باید الکترومغناطیسی تابشبه گاهی .عمود هستندموجیکدیگر و بر جهت پیشروی امواج الکترومغناطیسی بر . استالکترومغناطیسیکه نور مرئی فقط بخشی از گسترهٔ امواج داشت توجه

،(قرمزمادون )فروسرخامواج رادیویی، ریزموج، : خوانده می شوندگوناگونی هایحسب بسامدشان به نام .ها به ترتیب افزایش بسامد مرتب شده اندنام این. گامانور مرئی، فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو

ماهیت فیزیکی

با آزمایش به امواج الکترومغناطیسی را نخستین بار ماکسول پیش بینی کرد و سپس هاینریش هرتز آن راوج الکترومغناطیس، از معادالت این نظریه شکلی از معادلهٔ منظریهٔ تکمیلماکسول پس از . اثبات رساند

می توانند رفتاری موج هم مغناطیسیرا به دست آورد و بنابراین نشان داد که میدان های الکتریکی و رعت نور سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی از معادالت ماکسول درست برابر با س. گونه داشته باشند

معادالت طبق .باشدماکسول نتیجه گرفت که نور هم باید نوعی موج الکترومغناطیسی آمد،و به دست می بنابراین اگر. ایجاد میدان مغناطیسی می شود و برعکسباعث زمانماکسول، میدان الکتریکی متغیر با

ر می سازد میدان مغناطیسی بسازد، میدان مغناطیسی نیز میدان الکتریکی متغیمتغیر الکتریکییک میدان .رودمی پیشو این گونه موج الکترومغناطیسی ساخته می شود و

(موج ها)قطبش

وج نشان است که جهِت نوسان را در صفحهٔ عمود بر انتشار مامواج عرضییکی از ویژگی هایپالریزاسیونیاقطبشآن ریکیمیدان الکتنشان دهندهٔ جهت بردارِ ( نورمانند)موج الکترومغناطیسیالکترومغناطیس، قطبِش یکدر. می دهد

.نسبت به راستاِی انتشار است( استکه نوع خاصی از قطبش بیضوی)در امواج قطبش های متفاوتی را می توان دید؛ از جمله قطبش بیضوی و دایروی

.و قطبش خطی

انواع قطبش

ن به امواج طولی مانند صوت قطبش ندارند، زیرا راستای نوسان در این امواج در راستای پیشروی آن ها بوده و بنابرایش تعیین ولی در امواج عرضی مانند نور جهت نوسان میدان الکتریکی یکتا نیست و با قطب. طور یکتا تعیین می شود

قطبش)در این حالت میدان الکتریکی در یک جهت هدایت می شود . قطبش عمود بر مسیر حرکت موج است. می شوددر حالت های دیگر ( قطبش چرخشی یا فشرده)یا ممکن است که آن به حالت چرخشی درآید مثل حرکت موج ( خطی

طبق اینکه کدام چرخش در یک موج مشخص نشان داده. نوسان ها می توانند در حرکت به طرف راست یا چپ بچرخندج مثل برای مثال در یک مو. در کل قطبش موج الکترومغناطیسی یک مسئله پیچیده است. شود به آن گردش می گویند

ان ها اجزای فیبرنوری یا پرتوهای پالریزه شده در فضای آزاد، توضیح دادن پالریزاسیون موج پیچیده تر است، چون میدبرای موج های طولی مثل امواج صوتی در سیال ها، جهت نوسان به وسیله مسیر حرکت مشخص. طولی و عرضی دارند

ین در ا. در یک وسیله جامد امواج صوتی می توانند به صورت عرضی باشند. می شود و بنابراین قطبشی وجود نداردهمیت این موضوع در زلزله شناسی ا. حالت قطبش با مسیر تنش برشی در سطح عمود بر جهت انتشار در ارتیاط است

. رقطبش در زمینه علوم و تکنولوژی در رابطه با انتشار موج اهمیت دارد مثل علوم نوری، مخابرات و علوم رادا. دارد.قطبش نور را می توان با یک قطبش اندازه گیری کرد

اج نوری ساده ترین مظهر قطبش که قابل تصور است موج تخت می باشد که تقریب مناسب در اکثر امو•خت برای توابع موج های ت( یک موج تخت عبارت است از یک موج با جبهه موج وسیع و بلند.)هستند

مغناطیسی مخصوصا قوانین گاوس نیاز به نوسنجی را تحمیل می کند که میدان الکتریکی و« مکس ول»یدان وقتی که قطبش را در نظر می گیریم بردار م. عمود بر جهت انتشار و عمود بر یکدیگر هستند

تریکی الکتریکی مشخص می شود و میدان مغناطیسی نادیده گرفته می شود، چون آن عمود بر میدان الکبرای مثال . تقسیم می شوندyوxدر یک موج تخت به طور دلخواه به دو مولفه عمود بر هم تحت عنوان

دو یک موج هارمونیک در جائیکه دامنه بردار الکتریکی در حالت سینوسی در زمان متفاوت است،یگری با این حال این مولفه ها دارای ویژگی های مشخص د. مولفه دقیقا دارای فرکانس یکسانی هستند

از یکسانی اوال دو مولفه دارای دامنه یکسانی نیستند، ثانیا دو مولفه دارای ف. هستند که با هم فرق دارندی در یک از نظر ریاضی میدان الکتریک. نیستند یعنی اینکه آن ها همزمان به حداقل و حداکثرنمی رسند

:موج به صورت زیر نوشته می شود

حالت قطبش•

شان طرح ترسیم شده در یک طرح ثابت با بردار الکتریکی مثل یک موج صفحه ای که از آن می گذرد، حالت قطبش را ن•قطهٔ در یک ن( محورهای عمودی)شکل های باال بعضی از نمونه های تغییر شکل بردار میدان الکتریکی را با زمان . می دهد

تغییر مشابه . را نشان می دهد و مسیر با نوک بردار در صفحه مشخص می شود yو xمشخص در فضا در راستای مولفه های ای خالف زمانی رخ می دهد که به میدان الکتریکی در یک زمان مشخص نگاه کنیم در حالی که تغییر نقطه در فضا در راست

الت در این ح. در سمت چپ ترین شکل باال دو مولفه قائم در فاز وجود دارند. خطی، دایره ای، بیضی: جهت انتشار باشدفحه رسم نسبت مقاومت دو مولفه ثابت است، بنابراین جهت بردار الکتریکی هم ثابت است چون نوک بردار یک خط در ص

شکل در. این خط به نوسان نسبی در دو مولفه بستگی دارد( جهت)مسیر . می کند این حالت خاص را قطبش خطی می نامنددر این حالت یک مولفه صفر . درجه خارج از فاز هستند۹۰وسط دو مولفه عمود بر هم دقیقا نوسان یکسانی دارند، دقیقا

بران وقتی مولفه دیگر در دامنه مینیمم یا ماکسیمم باشد دو رابطه فازی احتمالی وجود دارند که این نیازمندی را ج. استعقب باشد در این حالت مخصوص مدار yدرجه از مولفه ۹۰جلو است یا آن می توان yنود درجه از مولفه xمولفه. می کنند

های جهت چرخش. می نامیم( چرخشی)این حالت به خصوص را قطبش دایره ای . الکتریکی یک دایره در سطح رسم می کندیره ای این حالت را قطبش دایره ای دست راست و قطبش دا. میدان به این بستگی دارد که کدام دو رابطه فازی موجود باشد

ه دو مولفه حالت دیگر وقتی است ک. دست چپ نامیده می شوند و بستگی به این دارند که کدام جهت بردار الکتریکی می چرخداگرچه فاز آنها عوض می شود ونسبت دامنه . درجه بیرون از فاز نباشند۹۰در فاز نباشند و با دامنه یکسانی نداشته باشند یا

. ح رسم می کنداین نوع قطبش، قطبش بیضی شکل نامیده می شود چون بردار الکتریکی یک بیضی در سط. آنها ثابت می ماندبه صورت اختیاری X.Yتجزیه دکارت در میدان الکتریکی در مراحل . این در شکل باال در سمت راس نشان داده شده است

نه امواج در امواج صفحه ای در هر پالریزاسیون با جایگزین کردن ترکیب دو موج پالریزه شده بیضی شکل برای نمو. استطوح، تجزیه پالریزاسیون دکارت وقتی طبیعی است که با انعکاس از س. خالف پالریزاسیون دایره ای مشخص می شوند

پایه و حالت های پالریزه شده دایره ای سودمندترین. انکسار مضاعف مواد، یا انعکاس سینکروترون سر و کار داشته باشدفحه ای ایده اگرچه این بخش پالریزاسیون را برای امواج ص. اساس برای تحقیق درباره انتشار نور در ایزومر فضایی هستند

آل مورد بررسی قرار می دهد ولی تمام مواد باال را می توان برای تشخیص خیلی دقیق و صحیح اکثر آزمایش های .که شامل اپتیک گاس هم می شود. استفاده می کنند بکار برد METعملی که از روش های(نوری)اپتیکال

(الکترومغناطیس)جذب

ماده درجذبش یا جذب یک تابش الکترومغناطیسی، فرآیندی است که در آن انرژی یک فوتون توسطل های انرژی بدین شکل انرژی الکترومغناطیسی به دیگر شک. گرفته می شود( معموال الکترونهای یک اتم)

ه معموال جذب امواج ب. جذب نور در زمان انتشار موج را تضعیف می گویند. مانند گرما تبدیل می شودیت خود ، با این وجود در شرایط ویژه، محیط انتقال ممکن است شفاف(جذب خطی)شدت آن ها بستگی ندارد

.رخ دهد( جذب غیر خطی)را بر اساس شدت موجی که از آن می گذرد تغییر دهد و جذب اشباع پذیر

گیگ جزب جزیی است از 10پایین تر از گیگا هرتز نیز 180یا 23فرکانس های

جز در هوای خشک استفاده نشودگیگا هم در فواصل 120و 60فرکانس

.دور به کار برده نشودگیگاهرتز جذی 110و 33فرکانس های

کمتری وجود دارد و بهآن پنجره گوینددبا افزایش رطوبت جذب افزایش می یاب

جذب در فرکانس های پایین جز در .مصافت های دور ناچیز است

مثال رادار در هوای خشک آشکارسازی تا کیلمتر دارد و در هوای شدید 75حدود

.کیلومتر برد دارد8بارانی

تفرق امواج رادیویی

اصل هویگنس

قطه از این اصل می گوید هر ن. در نورشناسی اصل هویگنس روشی برای تحلیل انتشار موج استموج نهایی جمع همهٔ این موج های . موج پیش رونده خودش چشمه ای تازه در انتشار موج است

.پیش رونده است

تاریخچه

شکست نور از دید اصل هویگنس

تحت عنوان رساله در ۱۹۶۰/۱۰۶۹اولین گام در خصوص این مسئله مقاله ای بود که در سال ز آن تاریخ آن باب نور منتشر شد، که فیزیکدان هلندی به نام کریستیان هویگنس یازده سال پیش ا

.ستآنچه را که او در این مقاله اعالم کرده بود حاال به نام اصل هویگسن معروف ا. را نوشته بود

مضمون اصل هویگنس

هه بطوریکه جب. هر نقطه روی جبهه موج اولیه همانند یک چشمه امواج کروی ثانویه عمل می کندن افزون بر این، این موجکها با ای. موج اولیه در لحظه بعدی پوش این موجکهای ثانویه است

. روندسرعت و فرکانس مساوی با سرعت و فرکانس موج اولیه در هر نقطه از فضا به پیش مییکه اگر در صورت. اگر محیط همگن باشد، این موجکها می توانند با شعاعهای متناهی تشکیل شوند

.محیط ناهمگن باشد، موجکها به ناچار شعاعهای بینهایت کوچکی خواهند داشت

لند مورد بسیار مهم است اول سیگنالی که در پشت ساختمان های ب2تفرق در

احی دوم، در طر.،کوه ها و موانع دیگر در تیجه تفرق می تواند دریافت شود

ع در آنتن های ماروویو ، تفرق با ایجاد گلبرگ ها کناری ، می تواند تشعش

لب مورد حوزه وسیعتری را نسبت به آنتن های با حوزه تشعشع باریک که اغ

.نیاز است ، ارائه دهد

انتشار امواج

امواج زمینی

امواج آسمانی

امواج فضایی

انتشار موج به هر یک از از روش های جابه جایی موج ها گفته می شود

د در مورد موج های الکترومغناطیسی انتشار ممکن است در خالء یا در محیط مادی صورت پذیر.اما بیشتر دیگر گونه های موج نمی توانند در خالء انتشار یابند

محیط یک پارامتر مفید برای توصیف انتشار، سرعت موج است، که بیشتر از همه به چگالی.انتقال وابسته است

چگونگی انتشار امواج رادیویی

م ترین آنها امواج رادیویی از مسیرهای متفاوتی بین فرستنده و گیرنده را طی میکنند که مه.امواج آسمانی و امواج فضایی-امواج زمینی:عبارتند از

امواج زمینی امواجی هستند که مسیر حرکتشان در سطح:(ground wave)امواج زمینی-1امواج زمینی به امواج سطحی نیز معروف .زمین است و انحنای زمین را طی میکنند

د چون امواج زمینی موقعی وجود دارند که گیرنده و فرستنده نزدیک سطح زمین باشن.اند.فرکانس این امواج کم است لذا مسافت کمی را طی میکنند

دکل این سطح امواج بیشتر در ناوبری کاربرد دارند بازده آنتن های آن کم است در نیجهکیلوهرتز مربوط به ناوبری و 110تا 10از .های بلند و با توان زید به کار می رود

.مخابرات دریایی متحرک دارد

انشار امواج آسمانی به نوعی انشار اطالق می گردد که در آن امواج :(sky wave)امواج آسمانی-2ن مجددا به طرف زمی(یونسفر)رادیویی منشر شده در فضا بعد از برخورد با الیه های یونیزه ی جو

.منحرف می گردند

کیلومتری ادامه می 400کیلومتری سطح زمین شروع می شود و تا ارتفاع 50ناحیه ی یونیزه ی جو از .یابد

.معروف اند F,E,Dبه الیه های(ارتفاع)ناحیه ی یونسفر خود به سه الیه تقسیم بندی شده است که به ترتیب

الیه در شکل زیر چگونگی تقسیم بندی.تقسیم بندی می شودF2وF1خود به الیه های فرعی مانند Fالیه یکه موجب جذب امواج رادیویی در Dالیه.های مختلف یونسفر در طول شب روز نشان داده شده است

.محدوده ی فرکانسی معینی می شود و در طول شب وجود ندارد

اگر چه این الیه به.کیلومتری قرار دارد و فقط در هنگام روز به وجود می آید90تا50در ارتفاع Dالیهعمل می کند ولی نقش عمده ای در جذب انرژی LFو قسمتی ازVLFوELFعنوان منعکس کننده ی امواج

در ارتفاع Eالیه ی.می شودHFوMFدارد و در نتیجه در طول روز موجب تضعیف امواج رادیویی در باند ن به همی.کیلومتری قرار دارد و چگالی یون آن در طول روز بسیار باالتر از هنگام شب است30تا90

ر طول د.دلیل است که امواج رادیویی به هنگام روز در باند متوسط شدیدا در این الیه تضعیف می شوند.شب امواج باند متوسط با کمترین تضیعیف به طرف زمین منعکس می شوند

تقسیم می F2وF1در هنگام روز به دو الیه.کیلومتری به باال قرار دارد130که در ارتفاع Fالیهآنچه در پخش صدای .کیلومتری قرار دارد210کیلومتری تا130در ارتفاع F1بطوری که الیه ی .شود

.است FوEرادیو موج کوتاه از اهمیت ویژه ای برخوردار است وجود الیه های

امکان برقراری ارتباط رادیویی بین نقاط بسیار دور را فراهم میFدر الیه HFانعکاس امواج رادیویی .سازد

دو حالت زیر را در نظر می Fاز طریق انعکاس الیه (گیرنده)Bو(فرستنده)Aجهت برقراری یک ارتباط رادیویی بین نقاط .گیریم

.بیشتر باشد امواج منعکس نمی شوند و ادامه ی مسیر خواهند داد(مگاهرتز30حدود)اگر فرکانس از حد معینی-الف

قرار داشته باشد و موج منتشر شده دارای انرژی کافی باشد و تحت SWوMWاگر فرکانس منتشر شده از فرستنده در باند-ببه طرف زمین Fمی رسند از آن عبور میکنند و پس از برخورد با الیه Eدر زمانی که به الیه ی.زاویه ی معینی تابیده شود

.این امواج در نقطه دیگری از سطح زمین قابل دریافت است.منعکس می شوند

پس از رسیدن به نقطهAبه عنوان مثال امواج منتشر شده از فرستده ی .به عنوان یک آنتن عمل میکندFبه عبارت دیگرالیه ی .قابل دریافت استBمنعکس می شود و در نقطه ی

محدوده فرکانسی امواج رادیویی و نوع انشار آنها-

نشان LFقرار دارد به امواج زمینی معروف اند و با 300KHzتا30KHzامواجی که فرکانس آها بین.و از آنها در باند رادیو های موج بلند استفاده مشود.داده می شوند

دارای مولفه ی زمینی قوی و (MF)قرار دارد 3MHzتا300KHzامواجی که فرکانس آنها بین دارای (UHFوVHF)قرار دارد3GHzتا300MHzآسمانی ضعیف اند امواجی که فرکانس آنها بین

.از این رو به امواج فضایی معروف اند.مولفه ی فضایی قوی اند

نیز معروف است چرا که باید (LINE OF SIGHT)انشار امواج فضایی به انشار در امتداد دیدکنند امواج فضایی فرستنده و گیرنده در دید مستقیم یکدیگر قرار بگیرندتا بتوانند ارتباط برقرار

.در شکل زیر چگونگی انتشار امواج فضایی آمده است.در تلویزیون استفاده می شود

کیلو سیکل قرار دارد و به صورت 1065کیلوسیکل تا535که در محدوده ی (MW)موج متوسط .زمینی و آسمانی منتشر می شود

مگاهرتز واقع است به صورت امواج فضایی منتشر می 108تا88نیز که در محدوده ی FMموجمحو شدن_(FADING)پدیده ی فدینگ-.شود

ند ممکن اگر امواج زمینی و آسمانی از یک فرستنده منشر میشوند همزمان به گیرنده رادیویی برسالف این امواج اگر در فاز مخ.است در صورت هم فاز بودن باعث زیاد شدن صدای بلندگو شوند

.ستاین پدیده به فدینگ معروف ا.باشند باعث ضعیف شدن یا قطع صدای بلندگو می شوند

بخش دوم مبانی آنتن ها

مقدمه

ساختمان این. براي تزویج خروجي یك فرستنده و یا ورودي یك گیرنده بفضا نوعي سیستم واسطه ضروري است

ن سیستميآنتن چنی. سیستم باید طوري باشد كه توانایي تشعشع امواج الكترومغناطیسي و یا دریافت آنها راداشته باشد

موالمع.است و این سیستم براي تبدیل جریان فركانس زیاد به امواج الكترومغناطیسي و یا بالعكس بكار برده مي شود

.آنتن از یك جسم فلزي ، اغلب به صورت سیم یا مجموعه اي از سیمها درست شده است

انمطالعه رفتار یك جری. مكانیسم هاي واقعي تشعشع را میتوان توسط معادالت ماكسول بطور كمي تشریح نمود RFدر

يیك سیم نشان مي دهد كه تمام انرژي اعمال شده به یك سرسیم به انتهاي آن نرسیده و قسمتي از آن فرار مي كندیعن

انهمچنین میتوان رابطه ریاضي براي این انرژي فراري بدست آورد، كه در نتیجه نه فقط میز.تشعشع حاصل مي شود

چون این روش محاسبه تشعشع كمي پیچیده است ، در اینجا. انرژي بلكه جهات یا جهات تشعشع آن مشخص مي شود

.مورد بررسي قرار مي دهیمانتقال تشعشع را از جنبه نظر كیفي بر پایه رفتار امواج ساكن و متحرك در یك خط

چگونگی تشعشع

را در نظر بگیرید مشاهده میشود مشاهده مي شود امواج رفت و برگشت با یكدیگر تركیب1خط انتقال مدار باز شكل

در اینجا تمام انرزي از محل مدار باز به.شده و موج ساكن در حالیكه شكم ولتاژ در نقطه مدار باز است ، عرضه مي گردد

ع حاصلخط انتقال منعكس نمي گردد بلكه قسمت كمي از انرژي الكترو مغناطیسي از سیستم فرار نموده و بنابراین تشعش

،مي شود تشعشع به خاطر اینست كه در خطوط نیرویي كه بطرف مدار باز در حرزكت هستند بصورت معكوس شدن فاز

وج ،به دو علت قسمتي از موج كه از سیستم فرار میكند نسبت به باقیمانده م. وقتي كه به مدار باز مي رسند رخ مي دهد

خیلي كوچك است اول ، اگر محیط اطراف را بعنوان بار خط انتقال بحساب آوریم ، دیده مي شود كه عدم تطبیق به

هايواضح است تشعشع از یك انتها ،تشعشع از انت. در نتیجه مقدار كمي از توان در بار تلف میشود. وقوع مي پیوندد

دیگر را حذف میكند علت اینست كه آنها داراي پالریته متفاوتي بوده ودر فاصله اي خیلي كوچكتر از طول موج واقع

سئلهبراي حل م.عكس مطالب فوق هم صادقست ، یعني خطوط انتقال دوسیمه در فركانس پایین تشعشع نمیكنند. شدهاند

فوق بنطر مي رسد كه قسمت مدار بار را وسیع سازیم

خم مي كنیم بسبب باز شدن دو سیم از یكدیگر امواج در امتداد - a حركت نموده شكل خط وقتي دو سیم را دریك خط بصورتم بجاي اینكه بین دو سی( میدان مغناطیسي و همچنین ) در اینجا میدان الكتریكي .و به سختي در انتهاي سیم ها تغییر فاز میدهند

بچنین تشعشع كننده اي یك دو . بوقوع مي پیونددلذاحداكثرتشعشع محدود شده باشد كامالً به فضاي اطراف تزویج خواهد شد دو سیم برابر بامجموع طول وقتي كه . قطبي مي گویند

در اینحالت . مي باشد -3 c زیادي بصورت تشعشع طول موج باشد آنتن را دو قطبي نیم موج مي گویند كه شكل آن نصفنتیجه جریان زیادي از خط ودر دلیل این افزایش این است كه امپدانس كمي در نقطه اتصال بخط انتقال داشته . بوقوع مي پیوندد

.آید دست مي بازدهي تشعشعي زیادي به و انتقال به ورودي دو قطبي نیم موج اعمال شده

این مشخصه ها را نسبت به مشخصه. مشخصات گوناگون آنتن ها بصورت اعداد مطلقي نمایش داده نمي شوند

آنتن هاي استاندارد تئوري را ساده نموده ولي الزم نیست كه در. هاي نظیر آنتن هاي استاندارد تعیین مي كنند

یكي از چنین آنتن هاي مرجعي ،. همچنین میتوان بسادگي آنها را مشاهده و محاسبه نمود . عمل وجود داشته باشد

دو قطبي بینهایت كوچك است كه بصورت یك جفت كره نزدیك به یكدیگر داراي ظرفیت و با فاصله و ابعاد

آنتن مرجع دیگر نیز عبارت است از یك دو قطبي ابتدایي كه ساده ترین آنتن سیمي. صرف نظر كردني است

با استفاده از. مي باشد ג این دو قطبي بینهایت نازك بوده و داراي طولي خیلي كوچكتر از طول موج . است

آیدمعادالت ماكسول شدت میدان تشعشع شده بصورت ذیل بدست مي

:در اینجا

ε=شدت میدان تشعشعي بر حسب ولت بر متر

Z=امپدانس مشخصه فضاي ازاد (п( اهم 120

D=فاصله نقطه اي كه شدت میدان در آن اندازه گیري شده از دو قطبي ابتدایي

Vc=سرعت نور در فضاي آزاد

θ=زاویه انحراف

مشاهده مي شود كه این شدت میدان. جمله معادله فوق دامنه میدان الكتریكي را در فاصله معین بما مي دهد اولین

در اینحالت دو قطبي كوچك) بستگي به توان انتشاري داشته و بطور معكوس متناسب با فاصله از منبع تشعشعي

استهمچنین مشاهده مي شود كه دامنه میدان الكتریكي براي دو قطبي هاي كوتاه بازاء هر طولي مناسب ( . است

موجنسبت طول آن به طول با

:تشعشع كننده هاي سیمي در فضا

تشعشع كننده هاي سیمي ساده ترین نوع تشعشع كننده ها بوده و ممكن است بصورت تعداد زیادي دو قطبي كه

در انتهاي یكدیگر متصل شده اند در نظر گرفته شوند در نتیجه خواص آن شبیه به دو قطبي خواهد بود

:توزیع هاي ولتاژ و جریان

مانند یك خط انتقال یك آنتن در عمل داراي طولي برابر اندازه بخشي قابل توجه از طول موج و بعضي اوقات

اعمالبا . بنابراین آنتن بصورت مداري با ثابت هاي توزیع شده عمل مي كند . حتي چند برابر طول موج مي باشد

در نتیجه امواج متحرك و احتماالً . ولثاژ در نقطه مشخصي از آن ولتاژ و جریاني در آن نقطه ایجاد خواهد شد

بدین معني كه ولتاژ و جریان در آنتن بطور كلي از یك نقطه به نقطه دیگر. امواج ساكني نیز بوجود مي آیند

میدان مذكور در. این توزیع ولتاژ و جریان آنتن باید اثري برروي میدان تشعشعي بگذارد . تغییر مي كنند

بعالوه ضخامت سیم. درجه اول بستگي به طول آنتن نسبت به طول موج ، اتالفش و بارهاي انتهایي خواهد داشت

آنتن نیز مهم بوده اما از نقطه نظر عملي چنین آنتني ممكن است بدون تلفات با قطر بي نهایت كوچكي در مقابله

با طول موج فرض شود

3شكل -توزیع ولتاژ و جریان ایده آلي را بر روي یك دو قطبي نیم موج كه ساده ترین آنتن سیمي عملي

چنانكه مشاهده مي شود این توزیع مشابه توزیع ولتاژ و جریان بر روي یك خط انتقال. است نشان مي دهد

در اینجا حداقل ولتاژ و حداكثر جریان از مدار باز یك خط انتقال موجود. ربع طول موج مدار باز مي باشد

.خواهد بود

:آنتن هاي تشدید

آنتن هاي. انتن هاي غیر تشدید -2آنتن هاي تشدید -1: در حالت كلي انتن ها به دو دسته تقسیم مي شوند

تشدید آنتن هایي هستند كه طول انها مضربي از نصف طول موج باشد و لي در آنتن هاي غیر تشدیدي چنین

ساخت آنتن هاي تشدیدي راحت تر است ولي گین آنها نسبت به آنتن هاي غیر تشدیدي كمتر مي باشد. نیست

ت كه در واضح اس. وقتي كه طول انتن برابر با یك طول موج كامل گردد پالریته جریان در یك نیمه از انتن ، عكس نیمه دیگرخواهد شد . چنین حالتي تشعشع در جهت عمود بر آنتن بسبب حذف میدان حاصل از یك

البته در جهاتي حداكثر تشعشع را خواهیم داشت ولي این. نیم انتن توسط نیم آنتن دیگر برابر صفر مي گردد

.جهات دیگر در امتداد عمود بر انتن نمي باشد

یك آنتن تشدید معادل یك خط انتقال تشدید بوده و تمام آنتن هایي كه پس از دو قطبي ابتدایي بیان گردیدند

چنین آنتني را مي توان بصورت یك خط انتقال مدار باز در انتهاي آن. بصورت آنتن هاي تشدید عمل مي كنند

بنابراین طول آنتن ضریبي از نصف طول موج) مثالً ضریبي از ربع طول موج . با یك طول تشدید در نظر گرفت

( .خواهد شد

براي یك دو قطبي. پرتو تشعشعي یك سیم تشعشع كننده در فضاي آزاد در درجه اول بستگي به طول آن دارد

براي بدست آوردن فرمول پرتو. نیم موج این پرتو ها مانند دو قطبي ابتدایي بوده ولي كمي صافتر خواهند شد

تشعشعي ، پرتو تشعشعي یك دو قطبي ابتدایي را در طول آنتن جمع و یا انتگرال گرفته كه در نتیجه پرتو

4تشعشعي آنتن نیم موج مانند شكل -بدست مي آید 1

ن ها از حال به تعریف چند كمیت مهم در مورد آنت.پر تو هاي تشعشعي دو قطبي هاي تشدید بازاء طول هاي مختلف را مشاهده مي نمائیم 1جمله بهره آنتن ، بهره جهتي ، جهتداري ، مقاومت آنتن ،

.پهناي باند ، پهناي پرتو و پالریزاسیون آنتن ها مي پردازیم

:بهره آنتن •

بسته به نوع آنتن این تمركز زیاد. تمام آنتن هاي عملي تشعشع خود را در جهت بخصوصي متمركز مي سازند •

بنابر این چگالي توان در آن جهت باید بیشتر از میزاني باشد كه آنتن بصورت تمام جهتي. و یا كم خواهد بود •

مراه دیگر براي ارائه این تمركز تشعشع در سمت هاي بخصوصي اینست كه بگوئی. مورد استفاده قرار مي گیرد •

.آنتن داراي بهره مي باشد •

در آنتني كه كارآیي آن صد درصد. حاصل ضرب كارآیي یك آنتن درسمت گرایي آن بهره نامیده مي شود•

.باشد مقدار بهره با سمت گرایي برابر م یباشد•

گرایيسمت •

یكي از مشخصات مهم دیگر براي هر آنتن كه توانایي تمركز انرژي در یك جهت خاص نسبت به سایر جهات•

:براي محاسبه سمت گرایي از رابط ه زیراستفاده م یشود. است، سمت گرایي نامیده م یشود•

:بهره جهتي

این بهره ایست كه در جهت بخصوصي تعیین مي شود و اغلب بصورت دسي بل بیان مي شود و آن از نسبت

.چگالي توان تشعشعي توسط انتن در آن جهت به چگالي تواني كه توسط یك آنتن ایزوتروپیك تشعشع گردد

بهره جهتي نسبت چگالي توان ها.آنتن ایزوتروپیك در عمل وجود ندارد و منظور ما از آن یك انتن ایده آل است

بهره جهتي. بهره جهتي تمام آنتن هاي عملي بزرگتر از واحد است . است و در نتیجه یك نسبت توان مي باشد

آنتن هاي غیر تشدید داراي بهره جهتي بیشتري نسبت به انتن هاي تشدید. آنتن با افزایش طولش زیاد مي شود

.با طول هاي معادل خواهند بود

:جهتداري

بهره جهتي بهره اي بود كه براي هر جهتي تعیین مي شد اما جهتداري یا دایركتیویته حداكثر بهره جهتي در

.جهت یكي از گلبرگ هاي اصلي پرتو تشعشعي را گویند

پهناي باند ، پهناي پرتو و پالریزاسیون آنتن ها

كلمه پهناي باند كه در رابطه با آنتن ها بكار برده مي شود عیناً همان معني را خواهد داشت كه: پهناي باند

)تواناین عبارت است از محدوده اي از فركانس عملكرد كه بین دو نقطه نیم . در وسایل دیگر بكار مي رود

معهذا در اینجا دو پهناي باند وجود دارد یكي مربوط به پرتو تشعشعي انتن و دیگري . واقع شده است ( 3 dB

بنابراین وقتي كه صحبت از پهناي باند آنتني به میان مي آید باید. مربوط به امپدانس ورودي آنتن خواهد بود

در حقیقت دو شرط براي پهناي باند عریض در مورد. مشخص شود كدام یك از پهناي باند ها مورد نظر مي باشد

آنتن ها ضروریست اول آنتن هایي كه میتوانند در باند باریك عمل نموده ولي الزمه عملكرد آنها این است كه

آنتن هاي فركانس زیاد. در فركانس هاي متعددي در محدوده نسبتاً وسیعي از فركانس مي تواند كار كنند

معموالً نمونه اي از این آنتن ها هستند كه در آنها با سوئیچ كردن در یك فركانس جدید مدارهاي جبران كننده

در نتیجه تطابق در تغذیه كننده خط انتقال به شرط اینكه پهناي باند. نیز به حالت جدید خود سوئیچ مي نمایند

دوم آنتن هایي كه در پهناي باند وسیعي در حول یك فركانس. پرتو تشعشعي بدتر نشده باشد باقي خواهد ماند

.ثابت عمل مي نمایند اینها بیشتر پیچیده هستند ولي با طرح هاي بخصوصي مي توان آنها را ساخت

:پهناي پرتو

.پهناي پرتو یك آنتن عبارت است از زاویه اي بین نقطه نیم توان بر روي پرتو تشعشعي چگالي توان آن

. كمتر از حداكثر شدت میدان در پرتو تشعشعي آنتن است 3 dB همچنین این همان زاویه بین دو نقطه با

عبارت پهناي پرتو را معموالً در مورد آنتن هاي با اشعه باریك بكار برده و به گلبرگ اصلي رجوع داده مي

.شود

:پالریزاسیون

عبارت است از جهت بردار شدت میدان الكتریكي موج الكترومغناطیسي تشعشعي از آنتن در فضا كه موازي با

...همجنین انتن ها را با پالریته آنها مثالً عمودي و یا افقي و یا به صورت دایروي و . خود آنتن نیز مي باشد

تمام آنتن هاي. مشخص مي كنند VLF,LF,MFو همچنین تعداد زیادي آنتن هاي HFرا به سبب نزدیكي به

البته استفاده از آنتن هاي با پالریزاسیون افقي در فركانس هاي زیاد. زمین با پالریزاسیون عمودي مي سازند

انتن هایي با. بخصوص اغلب نویز ساخت بشرداراي پالریزاسیون عمودي مي باشند . نیز داراي مزایایي است

پالریزاسیون غیر خطي نیز وجود دارند كه در بعضي مواقع بكار برده مي شوند

:پارامترهاي پرتو توان تشعشعي

،-3db ، مقدار زاویه بین دو صفر رانشان مي دهد، پهناي تابه نصف توان ویاBWFN پهناي تابه بین اولین صفرها

هر چه مقدار این زاویه كوچك تر . نشان داده مي شود جایي است كه مقدار توان به نصف كاهش م ییابد HPBW كه با

.باشد، سمت گرایي بیشترم یشود و بالعكس

:مقاومت آنتن

مقاومت تشعشعي آن كه نتیجه توانیست كه تبدیل به امواج. مقاومت یك آنتن داراي دو جزء است

الكترومغناطیسي مي شود و همچنین مقاومت مربوط به اتالف آنتن كه این دو مقاومت را در اینجا مورد بررسي

.قرار مي دهیم

:مقاومت تشعشعي آنتن

مقاوتي است كه اگر بجاي آنتن قرار گیرد تمام توان تشعشعي آنتن را در خود تلف مي سازد و بصورت نسبت

.توان تشعشعي آنتن به مجذور جریان در نقطه تغذیه بیان مي شود

این مقاومت قسمتي از امپدانس ورودي آنتن است و . مي باشد ac نبوده و یك مقاومتdc این یك مقاومت

.همچنین با در نظر گرفتن آن محاسبات مربوط به بازدهي آنتن بسیار ساده تر مي شود . نام بسیار مناسبي نیز دارد

براي محاسبه این كمیت ابتدا توان. توانایي هر آنتني براي انتشار موج با مقاومت تشعشعي نشان داده مي شود

:تشعشعي را محاسبه مي كنیم

:مقاومت اهمي

.مقاومت اهمي هر آنتن بیانگر این كمیت مي باشد. تلفات اهمي یكي از پدیده هاي نامطلوب درآنت نها مي باشد

:براي محاسب ه مقاومت اهمي ابتدا توان تلفاتي را محاسبه م یكنیم

تلفات اهمي در هر آنتني عالوه بر

بنابراین واضح است كه كوچك بودن. اتالف توان، باعث گرم شدن و در نتیجه تغییر فیزیكي شكل آنتن مي شود

.مقاومت اهمي و بزرگ بودن مقاومت تشعشعي براي یك آنتن مطلوب مي باشد

:كارآیي آنتن

با محاسبه مقاومت هاي تشعشعي و اهمي براي یك آنتن رابطه اي كه بیانگر نسبت این دو مقاومت است به صورت

:زیر تعریف شده و كارآیي آنتن نامیده م یشود

در بهترین حالت كه مقاومت اهمي آنتن صفر باشد كارآیي آنتن برابر یك و در بدترین حالت اگرمقاومت

.تشعشعي آنتن صفرباشد كارآیي آنتن صفرم یشودبنابراین كارآیي آنتن عددي بین صفرویك م یباشد

:اتالفات آنتن و بازدهي

در-1: عالوه بر انرژي كه توسط یك آنتن تشعشع مي شود مقداري از توان بصورت زیر تلف مي گردد

جریان هاي گردابي كه در-4تلفات در دي الكتریك ها -3تلفات تخلیه و كورونا -2مقاومت زمین و آنتن

.اجسام فلزي در محدوده میدان القایي انتن مانند سیم هاي مهاري و آنتن هاي دیگر القا مي شود

جمع این دو مقاومت ، مقاومت كل آنتن بوده كه . نمایش داده مي شود Rd تمام این اتالفات بصورت مقاومت

براي دو قطبي هاي كوتاه با طول موثري. همچنین امپدانس كل آنتن در طول تشدید نیز محسوب مي گردد

)مي توان توسط جداول و . متناسب با مجذور طول مي باشد R r) كوچكتر از نصف طول موج ، مقاومت تشعشعي

منحني هاي مربوطه در كتابهاي مرجع انتن این مقاومت را بصورت اندازه گیري و با محاسبه اغلب بدون در

.نظر گرفتن زمین بدست آورد

:بنابراین بازدهي آنتن عبارت است از

η = R r /( R r+ R d)

R r = 790 (l / λ )^2

آنتن هاي فركانس كم و متوسط بسبب اینكه ساخت آنها در طول هاي تشدید بسیار بزرگشان مشكل است

درصد است كه این95الي 75با طرح خوب در حال حاضر بازدهي آنتن ها در حدود . بازدهي زیادي ندارند

را با افزایش مقاومت تشعشعي در مقایسه با مقاومت اتالفي آنتن مي توان بدست آورد

:تزویج آنتن در فركانس هاي متوسط

آنتن هاي فركانس كم و متوسط از آن جمله آنتن هایي هستند كه كمتر مي توانند به ارتفاع موثر تشدید ساخته شده بنابراین اینگونه آنتن ها را نمي توان . باشند و در نتیجه امپدانس ورودي آنها بصورت مقاومت خالصي نخواهد بود

ال آنتن مستقیماً یا توسط خط انتقال به خروجي مدار تانك یك فرستنده متصل نمود در اینحالت شبكه تطبیقي براي اتصها یك شبكه تزویجي با تزویج كننده انتن عبارت است از شبكه ایست كه شامل راكتانس.به فرستنده مورد لزوم است

واند شبكه تزویج عاملي براي تطبیق امپدانس بوده ومیت. وترانسفورماتورهایي بصورت فشرده و یا گسترده مي باشد :براي یك یا تمام دالئل زیرین بكار رود

ود براي حذف قسمت راكتیو امپدانس آنتن كه در نتیجه امپدانسي كه فرستنده مي بیند تماماً مقاومتخالصي خواهد ب1-در غیر اینصورت ناهماهنگي در موقع اتصال آنتن. دراین عمل استفاده از راكتانس . به فرستنده ایجاد مي شود

.هاي متغییر الزم مي باشد

براي اینكار به( و همچنین خط انتقال اگراستفاده شود ) ایجاد یك بار مقاومتي صحیح براي فرستنده 2- یك یا چند .ترانسفور ماتور قابل تنظیم احتیاج است

براي جلوگیري از تشعشع غیر مجاز فركانس هاي زائد از تمام سیستم در این حالت عملكرد فیلتري3- بخصوص چون فركانس هاي زائد بیشتر هارمونیك هاي فركانس. فیلتر هاي پائین گذر مورد لزوم است . فرستنده مي باشند

این نكته را باید تذكر داد كه هر چند شرایط اول و دوم در فرستنده هاي فركانس متوسط و كم بیشتر از انواع دیگر بكار برده مي شود ولي از آخرین شرط در تمام فرستنده ها بهره همچنین یك مالحظه دیگر . گیري مي نمایند

بخصوص در فركانس هاي پائین نیز مورد توجه قرار این در رابطه با فرستنده هائیست كه در آنها تانك . میگیرد خروجي بصورت تغذیه سري و هماهنگ در اینجا تزویج كننده آنتن . شده تكي خواهد بود dcمنبع تغذیه به آنتن

اشكاالت عایق بندي : اگر این عمل انجام نگیرد دو مساله مهم بوجود مي اید .باید از رسیدن ولتاژجلوگیري نماید خطر اخیر بعلت این حقیقت است كه گر چه سوختگي هاي. خطر براي اپراتور RFآنتن وخیم و درد آور

. تقویت كننده قدرت بیشتر اوقات مرگ آور مي باشد DC ولي اثرات ولتاژ زیاد منبع تغذیه. است

:انتخاب نقطه تغذیه

گرچه. آنتن هاي دو قطبي نیم موج را كه تا بحال مورد بررسي قرار دادیم معموالً از وسط تغذیه مي شوند

نقطه اي كه یك. بیشتر آنتن هاي عملي باین صورت متصل مي شوند ولي این طرز اتصال ضروري نیست

.آنتن بخصوصي تغذیه مي شود توسط چندین عامل تعیین مي گردد كه مهمترین آنها امپدانس آنتن است

بنابر این بررسي هایي در این. چنانكه نشان داده شد این امپدانس از یك نقطه به نقطه دیگر آنتن تغییر مي كند

.مورد باید بعمل اید

:تغذیه ولتاژ و جریان

وقتي كه آنتن داراي طول موثري برابر با میزان تشدید خود باشد امپدانس در مركز آن مقاومت خالص مي شود

اگر در مركز انتن گره جریان وجود داشته باشد این امپدانس خیلي زیاد است مانند انتن تمام موج همچنین.

.موقعي كه در مركز انتن گره ولتاژ ایجاد شود مانند دو قطبي نیم موج امپدانس فوق به حداقل خود مي رسد

این یك اصطالح معمولي است كه یك آنتن را با تغذیه جریان مي گویند اگر در نقطه اي كه جریان حداكثر

بنابراین یك آنتن نیم موج تغذیه شده از وسط یا آنتن ماركني با تغذیه جریان مي باشد. است تغذیه شده باشد

.بهمین ترتیب یك آنتن تمام تغذیه شده از وسط را با تغذیه ولتاژ مي نامند

معني تغذیه. اگر آنتني در یك نقطه دیگري تغذیه گردد هر دو عبارت فوق معني خود را از دست خواهد داد

اهم را داشته600جریان را مي توان تا آنجا توسعه داد كه شامل تمام نقاط تغذیه اي كه امپدانس هاي كمتر از

حتي بهتر است. اهم در نظر خواهند شد 600همچنین در مورد تغذیه ولتاژ امپدانسهاي بیشتر از . باشند ، بشود

.كه تغذیه هاي فوق را بصورت تغذیه امپدانس كم و تغذیه امپدانس زیاد معرفي كرد

:امپدانس نقطه تغذیه

چنانكه نشان داده شده است در یك دو قطبي نیم موج در فضا یا یك آنتن ماركني زمین شده ربع موج جریان

در یك آنتن عملي مقادیر. در وسط آن حداكثر و در انتهاي آن صفر شده در حالیكه توزیع ولتاژ عكس انست

بنابراین امپدانس آنتن در نقاط مذكور مقدار محدودي( نه صفر ) ولتاژ یا جریان در آن نقاط خیلي كم است

بنابراین ما مقاومت هایي برابر با چندین هزار اهم را در انتهاي آنتن خواهیم داشت در صورتیكه در. خواهد شد

72اهم بدست مي اید در نتیجه آنتن هاي فرستنده معموالً در عمل بصورت تغذیه وسط با 72وسط آنتن فقط

باین دلیل است كه آنتن ها را اگر چه زمین شده مینامند . اهم مقاومت ورودي از نقطه نظر خطوط انتقال خواهد بود ولي از جنبه نظر الكتریكي نسبت به زمین عایق مي كنند در هر صورت پایه آنتن بر روي عایقي با فاصله

نزدیك به زمین قرار گرفته است كه شبیه به انتن زمین شده حقیقي عمل مي نمایند

:آنتن هاي جهتي فركانس زیاد

اینها عبارتند از تجهیزات دریافت و انتشار . با آنتن هاي فركانس كم دو تفاوت مهم دارند HF آنتن هاي

. بصورت مخابراه نقطه به نقطه انجام میشود HF چون بیشتر مخابرات . و همچنین توانایي مقابله با آنها HF

چون در. تشعشع یا تمركز پرتو بجاي تشعشع در تمام جهت بكار برده مي شود HFطول موج ها نسبتاً كوتاه

بنا براین آنتن ها با طول هایي در حدود چند طول. است بنابر این مي توان بسادگي شعاع آنتن را متمركز نمود

.بدون آنكه ابعاد آن بیش از حدود عملي بزرگ شود . موج ساخته مي شوند

آنتن های کاربردی در مخابرات ماهواره ای:بخش سوم

آنتن سهموی

آنتن شیپوری

آنتن مارپیچی

:آنتن هاي مایكرویو

.بصورت انتن هاي جهتي هستند ( گیگا هرتز 100تا 1) آنتن هاي فرستنده و گیرنده در طیف مایكرویو

از نظر نوع و شكل ظاهري انواع مختلفي از آنتن ها موجود مي باشد از جمله آنتن هاي سهموي عدسي ،

اغلب در این آنتن ها بهره. مارپیچي ، دیسك مخروط ، آنتن هاي تناوبي لگاریتمي ، حلقه اي و غیره

:زیاد مورد لزوم بوده ولي دیگر مشخصات نیز مهم اند كه در زیر مي آید

چون تعداد فرستنده هائي كه در این فركانس ها عمل مي كنند كم هستند بنا براین احتیاج كمي به1-

.آنتن هاي تمام جهتي خواهد بود

مگر گیرنده هاي مخصوص و. گیرنده ها نویزي تراز گیرنده هاي فركانس هاي پائین تر هستند 2-

.گران قیمت بنابراین سیگنال در سر هاي ورودي گیرنده باید تا حد امكان زیاد باشد

در نتیجه میزان اتالف توان و در نتیجه. همچنانكه فركانس افزایش یابد ابعاد وسایل نیز كوچك مي شود 3-

بنابراین داشتن آنتن با بهره زیاد ضروریست كه باین ترتیب توان. توان عملكرد نیز كاهش مي یابد

.تشعشع شده در جهت مورد نظر افزایش خواهد یافت

در كاربرد هاي زیادي از مایكرویو مانند رادار ، سمت یابي و اندازه گیري میدان مورد لزومست كه4-

چون طول موج در اینجا خیلي كوچك است بنابراین 5-.در نتیجه احتیاج به آنتن هاي جهت دار بخوبي مشهود مي باشد احتیاجي نیست كه آنتن هاي مایكرویو با ابعاد

در نتیجه بعضي فرضیات و ترتیباتي در ساخت آنتن براي این فركانس ها ممكن. بزرگي ساخته شوند

.خواهد شد كه در فركانس هاي پائین تر به نتیجه نخواهند رسید

:آنتن ها با منعكس كننده هاي سهموي

سهمي یك منحني صفحه ایست كه عبارت است از مكان هندسي نقطه اي طوري كه فاصله آن از یك نقطه

چنانكه خواهیم. مقداري ثابت باقي بماند( خط هادي ) بعالوه فاصله از یك خط مستقیم ( كانون ) دیگر

.دید این خصوصیات هندسي منعكس كننده بسیار خوبي را براي نور یا میكرویو عرضه خواهد نمود

سهمي10شكل : مختصات سهمي CADكه كانون آن در Fو محور آن ABاست نشان مي

:دهد توسط تعریف سهمي مي توان نوشت

FP+PP=FQ+QQ=FR+RR=K

در اینجا Kمقدار ثابتي است كه با اشكال متفاوت سهمي تغییر مي كند

:طول كانوني سهمي AF

)نامیده Aperture) دهانه سهمي( AF/CD) توجه كنید كه نسبت طول كانوني به قطر دهانه سهمي

.مي شود

تمام امواجي كه از منبع خارج شده و توسط. تصور كنید یك منبع تشعشع در كانون سهمي قرار گرفته باشد

در نتیجه تمام. سهمي منعكس مي شوند فاصله یكساني را در موقعي كه به خط هادي مي رسند طي خواهند نمود

دیده مي شود كه تشعشع منتجه بسیار شدید شده و در امتداد محور. امواج هم فاز خواهند بود ABمتمركز

بنابراین سهمي. همچنین این تشعشع بسبب تفاوت طول مسیر در جهات دیگر از بین خواهد رفت . خواهد شد

.خاصیت جمع و تمركز تشعشع را خواهد داشت

AB یك منعكس كننده عملي داراي خواص یك سهمي در سه بعد بوده كه توسط دوران سهمي حول محور

عیناٌ همان رفتار فرستنده را در آنتن. وقتي این براي گیرندگي بكار برده شود . و یا بشقاب مایكرویو میباشد

.بنابراین این یك آنتن منعكس كننده گیرنده جهتي با بهره زیاد خواهد بود . خواهیم داشت

با این اصل مي توان نشان داد رفتار یك آنتن مستقل. این رفتار را توسط اصل هم پاسخي مي توان بدست آورد

.منعكس كننده در حالت گیرندگي نیز داراي خاصیت جهتي است . از حالت گیرندگي یا فرستندگي آنست

در ( عمود بر خط هادي ) به منعكس كننده تابیده مي شود BA چون در این حالت فقط اشعه اي كه از جهت

بهمین ترتیب اشعه اي كه از جهات دیگر وارد شوند بسبب تفاوت در مسیر هاي آنها. كانون جمع خواهد شد

در اینجا آنتن داراي بهره زیادي است مانند آئینه یك منعكس كننده. اثرات یكدیگر را خنثي مي كنند

.تلسكوپ كه تشعشع هاي یك سطح بزرگ را در نقطه كانوني خود متمركز مي كند

:خواص منعكس كننده هاي سهموي

پرتو جهتي یك آنتن با استفاده از یك منعكس كننده سهموي داراي یك گلبرگ اصلي خیلي تیز بوده كه توسط

شكل سه بعدي گلبرگ اصلي شبیه به. تعدادي گلبرگ هاي فرعي كه از آن خیلي كوچكترند احاطه شده است

اگر آنتن اولیه با تغذیه بصورت غیر جهتي باشد در نتیجه سهموي . مي باشد AB یك سیگار برگ در امتداد

.پرتو تشعشعي را با مشخصه زیر تولید مي كند

Ф=70 ג / D

Ф0 =2Ф

=پهناي پرتو مابین نقاط نیم توان بر حسب درجه Ф

= پهناي پرتو مابین صفر ها بر حسب درجه Ф0

=قطر دهانه بر حسب متر D

هر دو معادله فوق نتیجه ساده شده اي از معادالت پیچیده هستند ولي در مورد دهانه هاي بزرگ یعني در

بعبارت دیگر معادالت. حالتي كه نسبت قطر دهانه به طول موج بزرگ باشد نتایج دقیقي را ارائه مي دهند

در حالیكه معادله باال تقریباً جنبه عمومي دارد اما داراي. مذكور براي پهناي پرتو كوچك دقیق مي باشند

این براي حالتي مخصوص اما معمول در مورد توزیع میدان كه خاصیت یكنواختي خود را. محدودیت هایي است

بهمیزان تغییرات نسبت . از مركز سهموي تا كناره هاي منعكس كننده از دست مي دهد بكار برده مي شود

كمتر از چگالي توان در 10 dB مركز سهموي طوریست كه چگالي توان در كناره هاي منعكس كننده باندازه

.مركز خواهد شد

:دو دلیل براي این كاهش میدان وجود دارد

كامالً ایزوتروپیك نبوده و در نتیجه كاهش چگالي توان در كناره ها( آنتن تغذیه كننده )هیچ آنتن اولیه اي 1-

.بوجود مي آید

چنین كاهش یكنواختي در توزیع میدان داراي اثرات مفیدي در مورد كاهش شدت گلبرگ هاي فرعي خواهد2-

توجه كنید كه امواج به تمام سطح منعكس كننده تابانده شده و این ربطي به كاهش توزیع میدان بطرف. بود

منعكس. باالخره اگر فقط نصف سطح منعكس كننده مورد تابش قرار گیرد . كناره هاي سهموي نخواهد داشت

.كننده را مي توان فقط بصورت نصف اندازه معمولي خود در نظر گرفت

) یا غیر ) و یكنواختي D / ג) بهره آنتن كه شامل یك منعكس كننده سهموي است تحت تاثیر نسبت دهانه

اگر آنتن بدون اتالف و توزیع بصورت قبل. توزیع میدان بر روي منعكس كننده قرار مي گیرد ( یكنواختي

بنابراین بهره توان را با ترتیب خوبي مي توان از رابطه زیر. بسمت كناره هاي سهموي كاهش داشته باشد

.بدست آورد

A(p)= ( D / 2^ ( ג

=قطر دهانه منعكس كننده بر حسب متر D

= بهره توان ( = نسبت به آنتن ایزوتروپیك ) جهتداري A(p) در اینجا

.اگر آنتن بدون اتالف باشد

.بهره هاي خیلي زیاد و پهناي تغذیه خیلي نازك را مي توان توسط منعكس كننده سهموي بسهولت بدست آورد

بسبب ابعاد بزرگ از این نوع آنتن ها در فركانس هاي پائین مانند فرستنده و گیرنده هاي VHFتلویزیون

براي اینكه كامالً منعكس كننده موثر و و مفید باشد یك سهموي باید داراي قطر دهانه اي. استفاده نمي شود

.را داشته باشد 10ג حداقل برابر با

48این قطر باید حداقل برابر با 63 MHZ چنانكه خواهیم دید در قسمت پائین باند فركانسي تلویزیون یعني

VHF بسبب ابعاد بزرگ از این نوع آنتن ها در فركانس هاي پائین مانند فرستنده و گیرنده هاي. متر باشد

البته از طرف دیگر مشاهده مي شود كه در آنتن هاي عملي مایكرویو بهره هاي. تلویزیون استفاده نمي شود

.زیادي به كمك منعكس كننده ها نتیجه مي شود

:مكانیسم تغذیه

در هر صورت. باید در كانون سهموي قرا ر گیرد ( یا تغذیه ) براي بهترین نتیجه انتقال و در یافت آنتن اولیه

تشعشع مستقیم از تغذیه بدون برخورد به سهموي در تمام جهت پخش شده و در نتیجه جهتداري آنتن را خراب

در یكي از روش ها از یك منعكس كننده كوچك. چندین روش براي جلو گیري از این بكار مي رود . مي كند

٢٣

در روش دیگر توسط ارایه دو قطبي كوچكي كه در كانون سهموي. استفاده مي گردد 11كروي مانند شكل

قرار گرفته است مانند ارایه یاگي اودا و یا یك ارایه اندیفایر تشعشع مستقیمي بطرف منعكس كننده ایجاد

.خواهیم كرد

.نشان داده شده است 12یك نوع دیگر از تغذیه با آنتن شیپوري در شكل

این نوع تغذیه همانطوریكه خواهید دید داراي پرتو جهتي در جهت عمود بر دهانه منعكس كننده بوده و در

این را باید تذكر داد كه گرچه آنتن تغذیه و. نتیجه از تشعشع مستقیم توسط آنتن تغذیه اجتناب مي شود

منعكس كننده اش مسیر بخشي از امواج منعكسه از سهموي را موقعي كه در كانون آن قرار دارند مسدود مي

سانتي متر در مركز یك آنتن30براي مثال اگر منعكس كننده اي به قطر . سازند ولي این مقدار یست ناچیز

متر قرار گیرد میتوان با یك محاسبه ریاضي نشان داد كه فقط یك درصد از سطح آنتن بشقابي3بشقابي به قطر

چنین موردي را نیز میتوان در مورد آنتن شیپوري اعمال نمود كه در. توسط تغذیه كننده پوشانده مي شود

سطح پایه هاي منعكس كننده هذلولي را از نوع برنجي. اینحالت قسمت كوچكي از آنتن بشقابي پوشانده مي شود

باشدریز مي سازند بطوري كه اثري روي امواج نداشته خیلي

در این روش یك منعكس كننده ثانویه هذلولي بكار برده شده. یك نوع دیگر تغذیه ، تغذیه كسگرین است

13یكي از كانون هاي هذلولي منطبق بر كانون سهموي بوده كه در نتیجه پدیده نشان داده شده در شكل . است

این نوع تغذیه در ماهواره ها بیشتر استفاده مي شود وحداقل اتالف را در سیستم و كیفیت بهتري. روي مي دهد

براي انتقال امواج. هورن در كانون هذلولي و سطح منعكس كننده هذلولي شكل در كانون سهمي قرار دارد .دارد

اشعه صادره از آنتن شیپوري تغذیه توسط آئینه هذلولي منعكس شده و سپس تحت تاثیر منعكس كننده

.سهموي قرار خواهد گرفت

٢٥

همچنین باین. تغذیه كسگرین موقعي استفاده مي شود كه بخواهیم آنتن اولیه را در موقعیت مناسبي قرار دهیم

این شرایط اغلب در گیرنده. كوتاه خواهد شد ( تا فرستنده ) ترتیب طول خط انتقال با موج بر متصله به گیرنده

30بخصوص در طول هایي كه از . هاي كم نویز در آنهایي كه اتالفات در خط با موج بر را نمي توان تغییر داد

حل دیگر این مساله عبارت است از قرار دادن قسمت. متر در آنتن هاي بزرگ متجاوز است مشاهده مي شود

همچنین. البته بسبب ابعاد بزرگ فرستنده آنرا نمي توان در كانون قرار داد . فعال فرستنده یا گیرنده در كانون

این نیز بخاطر اندازه اش و یا . گیرنده را نیز در این مكان نصب نمود RF اغلب مشكل است كه تقویت كننده

در هر حالتي تقویت كننده. سرد نمودن آن بسبب تجهیزات خیلي كم نویز مي باشد RFممكن است بقدر كافي

در هر حالتي با قرار دادن تقویت كننده( . در حالیكه تجهیزات دیگر چنین نیستند .) كوچك باشد RFباین

.صورت اشكاالت جایگزین و سرویس رخ مي دهد كه در اینصورت تغذیه كسگرین بهترین راه حل است

اشكال اصلي در بكار بردن یك منعكس كننده ثانویه مسدود نمودن. مشا هده مي شود 13چنانكه در شكل

بخصوص در مورد منعكس كننده. این یك اشكال بزرگي است . مقداري تشعشع از منعكس كننده اصلي است

چون ابعاد هذلولي توسط فاصله اش از تغذیه اولیه شیپوري و قطر دهانه شیپور كه بستگي به. هاي كوچك

یكي از راههاي مقابله با این اشكال استفاده از یك منعكس كننده اولیه بزرگ. فركانس عمل دارد تعیین مي شود

همراه با شیپوري است كه بحد امكان نزدیك به منعكس كننده( كه نمي تواند همیشه اقتصادي و مناسب باشد )

راه دیگر آنست كه امواج با. این داراي اثر كاهش قطر منعكس كننده ثانویه نیز مي باشد . ثانویه باشد

پالریزاسیون عمودي كه توسط تغذیه صادر مي شود توسط سطح هذلولي كه از میله هاي عمودي ساخته شده است

درجه توسط مكانیسمي كه در سطح سهموي است90به آئینه اصلي برگشت داده شده و پالریزاسیون آن باندازه

بنا براین امواج منعكسه داراي پالریزاسیون افقي شده و مي توانند براحتي از میله هاي عمودي. تغییر داده مي شود

.آئینه ثانویه عبور نمایند

آنتن های مارپیچی

آنتن های شیپوری

:مقدمه

خواص تشعشعي آنتنهاي.مي باشند ... آنتنهاي روزنه اي شامل آنتن موجبر با انتهاي باز، آنتن شیپوري ، لنزها و

در واقع پترن تشعشي آنتن روزنه اي تبدیل فوریه. روزنه اي توسط توزیع میدان روي روزنه آنها مشخص مي شود

توزیع میدان روزنه با استفاده از معادالت ماكسول واعمال شرایط مرزي به طور. توزیع میدان روزنه مي باشد

.یكتا بدست مي آید

در حالت كلي، بدست آوردن توزیع میدان روزنه كار آساني نیست، به خصوص وقتي كه صفحه اي كه روزنه در

باید توجه. كوچك باشد و میدانهاي موجود در صفحه روزنه هم فاز نباشند ( صفحه مبنا )آن قرار گرفته است

داشت كه به علت اینكه هادیهاي صفحه مبنا داراي ضریب هدایت محدودي مي باشند و هادي كامل نیستند، از

همچنین تفرق از لب ههاي صفحه مبنا بر پترن تشعشعي آنتن. حالت ایده ال به مقدار زیادي دور م یشویم

.روزنه اي تاثیر م یگذارد این اثر هنگامیكه ابعاد صفحه مبنا در مقایسه با طول موج كوچك باشد بیشتر است

خطوط میدان از طریق. موجبر با انتهاي باز كه مد غالب را هدایت مي كند همانند آنتن روزنه اي عمل مي كند

.دهانه انتهایي باز موجبروارد فضاي آزاد مي شود و در نتیجه توان تغذیه شده به موجبربه بیرون تشعشع مي شود

علت این موضوع این است كه ابعاد. میدان تشعشع شده به صورت یك بیم مشخص ، متمركز نشده است

بنابراین تنها مقداري از توان به بیرون تشعشع مي شود و. انتهاي باز در مقایسه با طول موج كوچك مي باشد

3-stub این عدم تطابق را مي توان با استفاده از عنصر تطبیق كننده. بقیه توان در صفحه روزنه منعكس مي شود

عالوه بر تاثیر ابعاد روزنه در پترن آنتن تفرق از لبه هاي .كاهش داد slide screw transformer یاtuner

.این صقحه تاثیر زیادي روي لبهاي كناري پترن آنتن دارد

با استفاده ازقسمت شیپوري مانند در انتهاي بازمي توان تا حدي این مشكل را برطرف كرد و عملكرد آنتن را

بدین صورت آنتنهاي شیپوري به وجود آمدند و در واقع مي توان آنتن شیپوري را نوع خاصي از. بهبود بخشید

مود تغذیه ، . خیلي بزرگ نباشد α ،(flare angle) در صورتي كه زاویه باز شدگي روزنه. آنتن موجبري دانست

باید توجه داشت كه در صورتي كه زاویه. شده به موجبر به مقدار زیادي به قسمت شیپوري انتقال داده مي شود

بازشدگي، كوچك انتخاب شود مدهاي مرتبه باالتربه مقدار جزیي منتقل مي شوند و در نتیجه باعث به مریختگي

1) در شكل) TE 10متناظر با موجبر مستطیلي با مد غالب H وE توزیع میدان. پترن تشعشعي آنتن مي شود

.نشان داده شده است

پایان

استاد خوشنیتباتشکر از

مراجع

کتاب آنتن برای تمامی کاربرد ها کراوس و مارفکا

سیستم های مخابراتی جرج کندیANTENNA THEORY

ANALYSIS AND DESIGN

Constantine A. Balanis